殷灿彬-等：混凝土结构的耐久性研究混凝土结构的耐久性研究.doc

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殷灿彬，等：混凝土结构的耐久性研究混凝土结构的耐久性研究
殷灿彬，等：混凝土结构的耐久性研究混凝土结构的耐久性研究

[摘要]本文较详细地分析了影响混凝土耐久性的原因，总结了提高混凝土耐久性的几点措施，并对结构耐久性的设计问题进行了探讨。

[关键词]耐久性；主要因素；措施；耐久性设计
[中图分类号]Tu375[文献标识码]A[文章编号]1005-6432（2013）46-0043-02
混凝土是当今世界用量最大的建筑材料。我国混凝土使用量居全球之冠，年用量达20亿吨，为适应经济快速发展发挥了极其重要的作用。混凝土的应用过程中暴露出许多问题，其中尤为突出的是耐久性问题。如不少工程在使用10～20年后，有的甚至在使用几年之后即需维修。混凝土工程大多是永久性的，工程量大、耗资多，若耐久性不良将会给未来社会造成极为沉重的负担。因此，从资金节约、资源的有效利用及环境保护等方面综合考虑，必须深入研究混凝土的耐久性问题。
1重新认识混凝土材料
11历史的启示
首先来关注两个事实：①20世纪50—60年代，受当时国内生产技术条件的限制，生产的水泥活性小、标号低，为满足较低的强度和施工要求并最大限度地节约水泥，配制混凝土的水泥用量和用水量少，拌和物流动性小，稳定性较好、早期强度发展缓慢，硬化后裂缝少，后期强度发展幅度较大，耐久性普遍较好，有的几十年后仍在使用。②古罗马的建筑工匠用火山灰和石灰做胶凝材料建造的“混凝土”建筑，如著名的万神殿、竞技场、海港、引水渡槽及浴室等，经历2000多年的流水、雨雪、海水等自然因素的作用，至今仍在使用，令人惊叹；研究发现，古代“混凝土”的胶凝材料用量很少，水灰比很小（靠夯实），强度增长极为缓慢，几乎不会因干燥和温度变化产生应力和裂缝。
12混凝土技术发展现状
科学技术高度发达的今天，人们对混凝土结构从施工到性能方面提出的要求越来越苛刻，力求施工速度快、强度高，水泥生产工艺的改进和混凝土施工技术的进步为此提供了可能。结果是所用水泥标号高、活性大、用量多、水化速度快，混凝土早强、高强，弹性模量大，变形能力差；为了便于运输、浇捣，坍落度由过去的0～20mm增加到180mm，甚至更大。但是，从另一面看，水泥生产工艺和混凝土施工技术发展带来的混凝土性能的变化又直接影响着混凝土的耐久性。因此，从提高混凝土耐久性的角度出发，必须重新认识混凝土这一人造材料。
2影响耐久性能的主要因素
影响混凝土结构耐久性能的因素很多，主要有内部和外部两个方面。
21内部因素
主要有混凝土的强度、密实性、水泥用量、水灰比、氯离子及碱含量、外加剂用量、保护层厚度等。
22外部因素
主要有环境条件，包括温度、湿度、CO2含量、侵蚀性介质等。
23最主要因素
231混凝土的碳化
碳化是混凝土中性化的常见形式，碳化可使混凝土的pH值降至10以下。碳化对混凝土本身是无害的，其主要的问题是当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，钢筋有锈蚀的危险，此外会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。
232钢筋的锈蚀
混凝土碳化至钢筋表面使氧化膜破坏是钢筋锈蚀的必要条件，含氧水分侵入是钢筋锈蚀的充分条件。钢筋锈蚀有相当长的过程，先是在裂缝较宽处的个别点上“坑蚀”，继而逐渐形成“环蚀”，同时向两边扩展，形成锈蚀面，使钢筋截面削弱。
3确保和提高混凝土耐久性的若干措施
针对影响混凝土耐久性的因素，为确保和提高混凝土耐久性，采取的措施多种多样，归纳起来主要有：
31提高混凝土的密实性
混凝土劣化和破坏是由于混凝土内有充足的水分和有害物质的侵入。因此要提高混凝土耐久性，须降低混凝土的孔隙率，提高密实性避免出现裂缝，从而能够抵抗水分和侵蚀性介质的渗入。可采取的措施有以下方面。
311合理设计混凝土配合比
混凝土配合比设计是确保其耐久性的关键环节之一，在条件许可的情况下，应尽量选用较低的水灰比，减少单方用水量和胶凝材料用量。实践表明，降低水灰比能提高混凝土密实度，其抵抗水分、气体及氯离子等扩散的能力要比传统的高1～2个数量级，极大地延缓了碳化和氯离子的侵蚀过程，而且氧气、水分供应受阻，钢筋锈蚀的速度亦得以阻滞，有利提高混凝土的耐久性。此外，降低水灰比也是发挥矿物掺和料对混凝土强度贡献的重要条件。但过少的胶凝材料用量对混凝土的强度、耐久性和工作性能不利，因此胶凝材料用量应有最小限值。
312使用矿物掺和料
主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的强度；使用粉煤灰和磨细矿渣降低水泥用量，提高混凝土的后期强度；减少水化热，并使二次水化产物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗渗性，同时可减缓混凝土中的碱—骨料反应。此外，石粉、煅烧高岭土、磨细珍珠岩尾砂粉等其他矿物掺和料也具有提高混凝土耐久性的作用。但是矿物掺和料在提高混凝土性能的同时，